Un generador de turbina eólica.
Un sistema para un generador de turbina eólica que comprende:
un conjunto de elementos limitadores de tensión (602),
y
un controlador (606) configurado para circunvalar los elementos limitadores de tensión (602) cuando una tensión de línea está por debajo de un umbral predeterminado, y configurado para conectar cada elemento limitador de tensión (602) en serie entre un convertidor del lado de red (111) y un transformador de turbina (103) del generador de turbina eólica, y para determinar una señal de referencia de control de corriente para controlar el convertidor del lado de red (111) (para generar una corriente determinada) cuando la tensión de línea se encuentra por encima del umbral predeterminado.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2011/050403.
Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.
Nacionalidad solicitante: Dinamarca.
Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.
Inventor/es: Tripathi,Anshuman, OPINA,GIL JR LAMPONG, GUPTA,AMIT KUMAR, KARUPPANAN,YUGARAJAN, YANG,LIANG, QIAN,JI.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G05F1/70 FISICA. › G05 CONTROL; REGULACION. › G05F SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O MAGNETICAS (regulación de la distribución en el tiempo o de la periodicidad de impulsos en los sistemas de radar o de radionavegación G01S; regulación de la corriente o de la tensión, especialmente adaptada para su uso en relojes electrónicos G04G 19/02; sistemas que funcionan en bucle cerrado para regular variables no eléctricas por medios eléctricos G05D; control de la alimentación de energía eléctrica a los computadores digitales G06F 1/26; para obtener las características de funcionamiento deseadas de electroimanes con armadura H01F 7/18; regulación de redes de distribución de energía eléctrica H02J; regulación de la carga de baterías H02J 7/00; regulación del valor de salida de convertidores estáticos, p. ej. reguladores de conmutación, H02M; regulación del valor de salida de generadores eléctricos H02N, H02P 9/00; control de transformadores, reactancias o bobinas de choque H02P 13/00; regulación de la respuesta de frecuencia, ganancia, potencia de salida máxima, amplitud o ancho de banda de amplificadores H03G; regulación de la sintonización de circuitos resonantes H03J; control de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos H03L; regulación de las características de líneas de transmisión H04B; control de fuentes eléctricas de luz H05B 39/04, H05B 41/36, H05B 45/10, H05B 45/20, H05B 47/10; control eléctrico de aparatos de rayos X H05G 1/30). › G05F 1/00 Sistemas automáticos en los que las desviaciones de una magnitud eléctrica en relación a uno o a varios valores predeterminados son detectadas a la salida y reintroducidas en un dispositivo interior al sistema para llevar el valor detectado a su valor o a sus valores predeterminados, es decir, sistemas retroactivos. › Regulación del factor de potencia; Regulación de la corriente reactiva o de la potencia reactiva.
- H02H7/06 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 7/00 Circuitos de protección de seguridad especialmente adaptados para máquinas o aparatos eléctricos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas, y efectuando una conmutación automática en el caso de un cambio indeseable de las condiciones normales de trabajo (asociación estructural de órganos de protección con máquinas o aparatos específicos y su protección sin desconexión automática, ver la subclase correspondiente a tales máquinas o aparatos). › para generadores dinamoeléctricos; para compensadores síncronos.
- H02P9/00 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE. › Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida.
PDF original: ES-2480276_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Un generador de turbina eólica Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema y/o a un procedimiento para un generador de turbina eólica (WTG). Antecedentes de la invención
Los parques eólicos se sitúan habitualmente en áreas alejadas para aprovechar las buenas condiciones de viento. Esto puede requerir largas líneas de transmisión para conectar los parques eólicos con el resto de la red de suministro. Debido a las largas líneas de transmisión y las condiciones extremas en las áreas alejadas, los parques eólicos tienen que ser diseñados para soportar niveles relativamente elevados de condiciones de fallo, esto es necesario igualmente con el fin de asegurar una buena conectividad con la red. La sobretensión es una de tales condiciones de fallo que debe ser gestionada adecuadamente.
En la publicación de W. Sweet, "Danish Wind Turbines Take Unfortunate Turn", IEEE Spectrum, vol. 4, n° 11, pg. 3, 24, se informaba de que un parque eólico marítimo en la costa oeste de Dinamarca, denominado Horns Rev 1, conectado mediante un cable submarino, experimentó sobre tensiones temporales (TOV) que llegaron a 2 p.u. cuando saltó el disyuntor del circuito principal en el punto de conexión en tierra y dejó el parque eólico en funcionamiento aislado con el cable y el transformador del parque eólico.
En la publicación de W. Wiechowski, J. C. Hygebjerg y P. Brre Eriksen, "Higher Frecuency Performance of AC Cable Connections of Offshorell", 7th Int. Conf. on Large Scale Integration ofWind Farms, pg. 211-217, 28, se informó de que el operador del sistema de transmisión danés, Energinet.dk, realizó investigaciones acerca de tal sobretensión en conexión con la planificación del nuevo parque eólico marítimo Horns Rev 2. Estas investigaciones han mostrado que los niveles de sobretensión se ven influidos por muchos parámetros, incluyendo características operacionales del generador de turbina eólica (WTG) antes de la desconexión, sistemas de protección, control y la precisión de la representación del cable y de los transformadores en el intervalo de frecuencias relevante.
En cada país, el código de red especifica qué condiciones de fallo debe soportar el diseño de un parque eólico antes de desconectarse. Esto afecta directamente al diseño del WTG, como se muestra en la figura 1, la curva de puntos 1 corresponde a Australia, en donde se puede experimentar una sobretensión temporal de hasta 1,6 pu. Para Canadá, la sobretensión en la figura 1 podría ser de hasta 2 pu para una duración corta. En la figura 1, si no se tiene en cuenta Canadá y Australia, la curva sólida 2 cubre los requerimientos de red para sobretensión temporal del resto de los países.
Los dueños de parques eólicos y los fabricantes de turbinas eólicas pueden desear proteger la electrónica de potencia y los componentes de potencia en sistemas de convertidor de turbinas eólicas frente a daños provocados por la sobretensión. La solución más fácil para proteger las turbinas es su desconexión de la red. Sin embargo, los operadores de sistemas de transmisión pueden desear mantener la conectividad de red de parques eólicos en caso de sobretensión. Así pues, el código de red relevante puede requerir que la turbina permanezca conectada a la red durante tales eventos de sobretensión.
La publicación de patente internacional número 3/58789 da a conocer un número de limitadores de corriente en forma de impedancias en serie en paralelo con conmutadores electrónicos de potencia. Los limitadores de corriente funcionan independientemente para la fase respectiva cuando la corriente de línea en esa fase está por encima de un límite predeterminado. Durante una condición de fallo, el control de potencia se deshabilita, permitiendo un control de tensión con un controlador de corriente rápido. En esta publicación, las resistencias en serie parecen absorber la mayor parte de la potencia activa en las condiciones de fallo, lo que las hace voluminosas. Este problema aparece más seriamente con el tamaño creciente de los WTG.
Resumen de la invención
En términos generales la invención propone utilizar una estrategia de control de corriente para un WTG durante una condición de sobretensión. Esto puede tener la ventaja de que los componentes de potencia del WTG no se dañan, de que el WTG es capaz de permanecer conectado a la red durante el evento de sobretensión. Las resistencias en serie pueden ser utilizadas para el funcionamiento en precarga de los condensadores de enlace de CC si se requiere.
En una primera expresión específica de la invención se proporciona un sistema para un generador de turbina eólica que comprende:
un conjunto de elementos limitadores de tensión, y
un controlador configurado para circunvalar los elementos limitadores de tensión cuando una tensión de línea se
encuentra por debajo del umbral predeterminado, y configurado para conectar cada elemento limitador de tensión en serie entre un convertidor del lado de red y un transformador de turbina del generador de turbina eólica, y para determinar una señal de referencia de control de corriente para controlar el convertidor del lado de red (para generar una corriente determinada) cuando la tensión de línea se encuentra por encima del umbral predeterminado.
El controlador puede estar configurado para determinar la señal de referencia de control de corriente de acuerdo con al menos una de una impedancia de los elementos limitadores de tensión, la tensión de línea, una tensión del convertidor del lado de red y una frecuencia de red.
El controlador puede estar configurado para desconectar el generador de turbina eólica si la tensión de red se encuentra por encima de un umbral predeterminado durante más de un periodo de tiempo predeterminado.
Cada elemento limitador de tensión puede comprender una resistencia en paralelo con un conmutador de derivación.
Cada elemento limitador de tensión puede comprender además un conmutador en serie con la resistencia.
El controlador está configurado para abrir el conmutador de derivación y cerrar el conmutador en serie con la resistencia cuando la tensión de red está por encima del umbral predeterminado.
La turbina eólica puede ser multifásica, los terminales de puerta del conmutador conectado en serie para cada fase pueden estar acoplados entre sí y los terminales de puerta de cada conmutador de derivación para cada fase pueden estar acoplados entre sí y los conmutadores de derivación pueden ser operados simultáneamente utilizando una señal de control y los conmutadores de serie pueden ser operados simultáneamente utilizando una señal de conmutación.
Un generador de turbina eólica que comprende:
un generador eléctrico configurado para generar señales de corriente alterna;
un convertidor del lado del generador configurado para convertir o rectificar las señales de corriente alterna del generador de corriente alterna a señales de corriente continua a un enlace de CC,
un convertidor del lado de red configurado para convertir las señales de corriente continua de enlace de CC a una señal de corriente alterna de frecuencia fija,
un transformador de turbina configurado para transformar la señal de corriente alterna de frecuencia fija a un nivel de
tensión adecuado, y
un sistema de acuerdo con lo anterior, en el que cada elemento limitador de tensión se sitúa entre el convertidor del lado de red y el transformador de turbina.
El controlador puede estar configurado para suministrar corrientes reactivas requeridas por un banco de condensadores de filtro entre el convertidor del lado de red y el transformador de turbina ya sea por el convertidor del lado de red o la red.
El generador de turbina eólica puede comprender además una resistencia de descarga, y el controlador puede estar configurado para conectar la resistencia de descarga con el enlace de CC de acuerdo con un ciclo de trabajo determinado basándose en una potencia que va a ser disipada cuando la tensión de línea esté por encima del umbral predeterminado.
En una segunda expresión específica de la invención se proporciona un procedimiento de control de un generador de turbina eólica que comprende:
determinar si existe una sobretensión;
si existe una sobretensión superior a un umbral predefinido:
proporcionar una señal de apertura a un conjunto de conmutadores de derivación de resistencias, conectando así un conjunto de resistencias entre un convertidor de potencia del generador de turbina eólica y una red; y
determinar una señal de referencia de control de corriente para controlar el convertidor de potencia para suministrar una corriente... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un sistema para un generador de turbina eólica que comprende: un conjunto de elementos limitadores de tensión (62), y
un controlador (66) configurado para circunvalar los elementos limitadores de tensión (62) cuando una tensión de línea está por debajo de un umbral predeterminado, y configurado para conectar cada elemento limitador de tensión (62) en serie entre un convertidor del lado de red (111) y un transformador de turbina (13) del generador de turbina eólica, y para determinar una señal de referencia de control de corriente para controlar el convertidor del lado de red (111) (para generar una corriente determinada) cuando la tensión de línea se encuentra por encima del umbral predeterminado.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el controlador está configurado para determinar la señal de referencia de control de corriente de acuerdo con al menos una de una impedancia de los elementos limitadores de tensión, la tensión de línea, una tensión del convertidor del lado de red y una frecuencia de red.
3. El sistema de la reivindicación 1 o 2, en el que el controlador está configurado para desconectar el generador de turbina eólica si la tensión de línea se encuentra por encima del umbral predeterminado durante más de un período de tiempo predeterminado.
4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada elemento limitador de tensión comprende una resistencia en paralelo con un conmutador de derivación (Sia, Su>, Sic).
5. El sistema de la reivindicación 4, en el que cada elemento limitador de tensión comprende además un conmutador en serie (S2a, S2b, S2c) con la resistencia.
6. El sistema de la reivindicación 5, en el que el controlador (66) está configurado para abrir el conmutador de derivación (Sia, Su>, Sic) y cerrar el conmutador en serie (S2a, S2b, S2c) con la resistencia cuando la tensión de línea está por encima de un umbral predeterminado.
7. El sistema de la reivindicación 5 o 6, en el que la turbina eólica es multlfáslca, los terminales de puerta de conmutador conectados en serie para cada fase se acoplan entre sí y los terminales de puerta de cada conmutador de derivación (Sia, Sib, Sic) para cada fase se acoplan entre sí y los conmutadores de derivación (S-ia, S-ib, Sic) están configurados para funcionar simultáneamente utilizando una señal de interrupción y los conmutadores en serie están configurados para funcionar simultáneamente utilizando una señal de conmutación.
8. Un generador de turbina eólica que comprende:
un generador eléctrico (11) configurado para generar señales de CA;
un convertidor del lado del generador (11) configurado para convertir o rectificar las señales de CA del generador de corriente alterna a señales de CC a un enlace de CC (112),
un convertidor del lado de red (111) configurado para convertir las señales de corriente continua del enlace de CC (112) a una señal de CA de frecuencia fija,
un transformador de turbina (13) configurado para transformar las señales de CA de frecuencia fija a un nivel de tensión adecuado, y
un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada elemento limitador de tensión se sitúa entre el convertidor del lado de red (111) y el transformador de turbina (13).
9. El generador de turbina eólica de la reivindicación 8, en el que el controlador (16) está configurado para suministrar corrientes reactivas requeridas por un banco de condensadores de filtro entre el convertidor del lado de red (111) del transformador de turbina (13), ya sea por el convertidor del lado de red (111) o la red (17).
1. El generador de turbina eólica de la reivindicación 8 o 9, que comprende además una resistencia de descarga (114), y el controlador está configurado para conectar la resistencia de descarga (114) con el enlace de CC (112) de acuerdo con un ciclo de trabajo determinado basándose en una potencia que va a ser disipada cuando la tensión de línea está por encima del umbral predeterminado.
11. Un procedimiento de control de un generador de turbina eólica que comprende:
| determinar si existe una sobretensión; si existe una sobretensión superior a un umbral predefinido: proporcionar una señal de apertura a un conjunto de conmutadores de derivación de resistencias (Sia, Sib, Sic), conectando así un conjunto de resistencias entre un convertidor de potencia del generador de turbina eólica y una red; y determinar una señal de referencia de control de corriente para controlar el convertidor de potencia para suministrar una corriente determinada, permitiendo así que el generador de turbina eólica permanezca conectado a la red a lo largo de la sobretensión. | |
| 12. | El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además proporcionar una señal de control modulada por anchura de pulso a un conmutador de resistencia de descarga cuando se determine durante una sobretensión que hay un exceso de potencia activa que no puede ser alimentada a la red (17). |
| 13. | El procedimiento de la reivindicación 11 o 12, que comprende además proporcionar una señal de cierre complementaria a un conjunto de conmutadores de resistencias en serie simultáneamente con la señal de apertura. |
| 14. | El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la señal de referencia de control de corriente es al menos una de una señal de referencia de control de corriente activa y una reactiva. |
| El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende además determinar una señal de referencia de control de corriente reactiva para controlar la sobretensión absorbiendo potencia reactiva si la sobretensión está entre un umbral inferior y el umbral máximo. | |
| 16. | El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que la señal de referencia de control de corriente se determina basándose en al menos una de la sobretensión, un valor de impedancia de limitación de tensión, una tensión del convertidor del lado de red y una frecuencia de red. |
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